本發(fā)明涉及一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，屬于特種電機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電動(dòng)滾筒是把電動(dòng)機(jī)聯(lián)合減速器協(xié)同裝于滾筒體內(nèi)部的一種驅(qū)動(dòng)裝置，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、傳動(dòng)效率高、密封性好，適合在潮濕、多粉塵、易發(fā)生爆炸等惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因此作為帶式輸送機(jī)或輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置被廣泛應(yīng)用在冶金、采礦、煤炭、糧食、化工、航空交通等行業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中作用可見一般。

然而，電動(dòng)滾筒在使用時(shí)出現(xiàn)的各種問題會(huì)直接威脅到人和設(shè)備的安全,保證電動(dòng)滾筒的可靠使用已經(jīng)成為重要的研究課題。電動(dòng)滾筒電機(jī)作為電動(dòng)滾筒的關(guān)鍵部件，其可靠性直接決定了電動(dòng)滾筒的安全使用。因此，有必要研究一種適用于電動(dòng)滾筒且具有高可靠性的電機(jī)。

目前，絕大部分電動(dòng)滾筒使用的電機(jī)是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，該電機(jī)需要采用齒輪減速器把動(dòng)力傳輸?shù)綕L筒外體上，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積龐大。例如相關(guān)授權(quán)的發(fā)明專利：一種滾筒電機(jī)定子結(jié)構(gòu)，專利號(hào)： 200910266590.1，發(fā)明了一種滾筒電機(jī)定子結(jié)構(gòu)，采用條形定子鐵芯結(jié)構(gòu)，在其自然展開狀態(tài)下，增大了定子槽內(nèi)線圈繞組容積，提高了槽滿率，電機(jī)工作效率得到很大的提高，電機(jī)性能非常好。

另外，在已有的專利申請(qǐng)中也有一些電動(dòng)滾筒使用的是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，例如已授權(quán)的專利：一種雙凸極無刷電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的內(nèi)裝式電動(dòng)滾筒，專利號(hào)：201320170980.0，提出了一種雙凸極無刷電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的內(nèi)裝式電動(dòng)滾筒，該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且減小了電動(dòng)滾筒的體積重量，提高了電動(dòng)滾筒的可靠性，并且使電動(dòng)滾筒更適合應(yīng)用于礦山等惡劣環(huán)境。

目前傳統(tǒng)的三相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)一個(gè)勵(lì)磁線圈給三個(gè)電樞繞組提供勵(lì)磁，該電機(jī)勵(lì)磁繞組的端部長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此勵(lì)磁損耗較大，占用的體積較大，成本也高。另外傳統(tǒng)的多相雙凸極電機(jī)還存在各相不對(duì)稱問題（詳見本申請(qǐng)作為第一發(fā)明人發(fā)表的論文《各相對(duì)稱的五相電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)電磁特性分析》. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2016. 36 (10)）。本申請(qǐng)作為第一發(fā)明人提出了跨一個(gè)定子極繞制的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)“授權(quán)號(hào)ZL201510010867X，一種直驅(qū)電動(dòng)滾筒用電機(jī)”，但這種電機(jī)勵(lì)磁繞組個(gè)數(shù)較多，因此軸向占用的漆包線多，空間大且勵(lì)磁效率低。因此打破常規(guī)思維，提出一種一個(gè)勵(lì)磁源能給多個(gè)定子極提供勵(lì)磁，且各相性能對(duì)稱的雙凸極電機(jī)。

目前申請(qǐng)人經(jīng)國(guó)內(nèi)外檢索，尚未檢索到本發(fā)明所涉及的利用電勵(lì)磁雙凸極工作原理，并且在勵(lì)磁繞組無法正常工作時(shí)能夠以開關(guān)磁阻工作模式正常工作的一種驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)。本發(fā)明能夠在不增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的同時(shí)保證電動(dòng)滾筒的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了發(fā)明一種布置方便、性能可靠的一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，包括滾筒外殼、外轉(zhuǎn)子鐵心、定子鐵心、勵(lì)磁繞組、電樞繞組和軸，外轉(zhuǎn)子鐵心固定在滾筒外殼上，其特征在于：

外轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)側(cè)均布有10個(gè)凸形的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極弧長(zhǎng)度占轉(zhuǎn)子極極距的一半；

定子鐵心均由3個(gè)呈扇形的子鐵心組成，子鐵心均勻的固定在軸上；

每個(gè)子鐵心上有兩個(gè)電樞定子極和一個(gè)勵(lì)磁定子極，其中電樞定子極位于扇形的兩側(cè)，勵(lì)磁定子極位于扇形的中間；電樞定子極的極弧機(jī)械角為17度；

勵(lì)磁定子極的極弧機(jī)械角為34度；

一個(gè)子鐵心上電樞定子極與勵(lì)磁定子極之間的槽口機(jī)械角為19度；

電樞定子極上繞有集中式的電樞線圈，同一個(gè)子鐵心上的兩個(gè)電樞線圈繞向相反；

每個(gè)勵(lì)磁定子極上繞有勵(lì)磁繞組，3個(gè)勵(lì)磁繞組的繞向相同；

所述軸由非導(dǎo)磁材料制成。

如上所述一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，其特征在于：沿圓周方向上的電樞線圈依次為A相、X相、B相、Y相、C相和Z相；所述電樞線圈分別獨(dú)立的接在單相橋式變換器上。

如上所述一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，其特征在于：所述勵(lì)磁繞組不能通電勵(lì)磁時(shí)，僅給電感上升的繞組通正向電流，不給電感下降的繞組通電，所述電動(dòng)滾筒電機(jī)僅輸出磁阻轉(zhuǎn)矩依靠開關(guān)磁阻模式工作。

本發(fā)明的有益效果是：

1電機(jī)定子子鐵心互相隔離，因此繞在子鐵心上的繞組也互相隔離，減小了故障相對(duì)其它相造成負(fù)面影響，防止故障傳播；

2本發(fā)明采用電勵(lì)磁雙凸極原理，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靠性高的特點(diǎn)；

3轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁繞組，工作可靠；

4總的磁鏈較短，定子鐵心磁阻小，鐵耗少；；

5總的磁鏈較短，硅鋼片用量少、電機(jī)重量輕；

6繞組皆為集中式繞組，內(nèi)阻小，效率高；

7即使勵(lì)磁繞組發(fā)生故障，電機(jī)仍然能夠以開關(guān)磁阻電機(jī)模式穩(wěn)定工作，保證了電機(jī)可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、外轉(zhuǎn)子鐵心，2、電樞繞組，3、定子鐵心，4、勵(lì)磁繞組，5、軸，6、滾筒外殼。

圖2是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行原理圖。其中，L表示相繞組與勵(lì)磁繞組間互感，A、B、C、D、X、Y和Z分別表示A相繞組、B相繞組、C相繞組、X相繞組、Y相繞組、Z相繞組和勵(lì)磁繞組，i_a、i_b、i_c、i_x、i_y和i_z分別表示A相電流、B相電流、C相電流、X相電流、Y相電流和Z相電流。

圖3是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的極弧示意圖。

圖4是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的六相H橋。

圖5是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)勵(lì)磁故障模式原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)，為使本發(fā)明的技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)橫向剖視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示該電機(jī)由滾筒外殼(6)、外轉(zhuǎn)子鐵心(1)、定子鐵心(3)、勵(lì)磁繞組(4)、電樞繞組(2)和軸(5)組成。外轉(zhuǎn)子鐵心(1)固定在滾筒外殼(6)上，內(nèi)側(cè)均布有10個(gè)凸形的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極弧長(zhǎng)度占轉(zhuǎn)子極極距的一半。定子鐵心(3)由3個(gè)呈扇形的子鐵心組成，子鐵心均勻的固定在軸(5)上。每個(gè)子鐵心上有兩個(gè)電樞定子極和一個(gè)勵(lì)磁定子極，其中電樞定子極位于扇形的兩側(cè)，勵(lì)磁定子極位于扇形的中間。

電樞定子極上繞有集中式的電樞線圈，同一個(gè)子鐵心上的兩個(gè)電樞線圈繞向相反。每個(gè)勵(lì)磁定子極上繞有勵(lì)磁繞組(4)，3個(gè)勵(lì)磁繞組(4)的繞向相同。

圖2是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行原理圖。當(dāng)相繞組自感與勵(lì)磁繞組(4)間互感增大時(shí)，給該相繞組通正向電流；當(dāng)相繞組自感與勵(lì)磁繞組(4)間互感減小時(shí)，給該相繞組通負(fù)向電流；當(dāng)相繞組與勵(lì)磁繞組(4)間互感大小保持不變時(shí)，給該相繞組不通電。如圖中第一階段所示，此時(shí)，A相繞組互感和G相繞組互感處于上升狀態(tài)，因此給A相繞組和G相繞組通正向電流；C相繞組互感和D相繞組互感處于下降狀態(tài)，因此給C相繞組和D相繞組通負(fù)向電流；B相繞組互感和E相繞組互感處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此不給B相繞組和E相繞組通電。

圖3是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的極弧示意圖。如圖所示，外轉(zhuǎn)子上均布有10個(gè)凸形的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極弧長(zhǎng)度為18度。定子鐵心由3個(gè)子鐵心組成，每個(gè)子鐵心上有兩電樞定子極和一個(gè)勵(lì)磁定子極，電樞定子極的極弧機(jī)械角為17度，勵(lì)磁定子極的極弧機(jī)械角為34度。一個(gè)子鐵心上電樞定子極與勵(lì)磁定子極之間的槽口機(jī)械角為19度。

圖4是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)的六相H橋。如圖所示，沿圓周方向上的電樞線圈依次為A相、X相、B相、Y相、C相和Z相，每相電樞線圈分別獨(dú)立的接在單相橋式變換器上。

圖5是本發(fā)明一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)勵(lì)磁故障模式原理圖。所述勵(lì)磁繞組不能通電勵(lì)磁時(shí)，所述電動(dòng)滾筒電機(jī)依靠開關(guān)磁阻模式工作，即僅給各相電感上升次繞組通以正向電流，給各相電感下降的繞組不通電，各相繞組僅輸出磁阻轉(zhuǎn)矩。

下面對(duì)本發(fā)明提出的一種勵(lì)磁故障容錯(cuò)運(yùn)行的電動(dòng)滾筒電機(jī)進(jìn)行工作原理的說明?？梢岳斫獾氖牵瑢?duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

勵(lì)磁繞組通電后可提供勵(lì)磁磁鏈。通過位置傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，將位置信號(hào)輸送給控制器后，控制器控制功率變換器的相應(yīng)開關(guān)管，給磁鏈上升的繞組通以正向電流，給磁鏈下降的繞組通以負(fù)向電流，電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)勵(lì)磁繞組無法正常通電時(shí)，電動(dòng)滾筒電機(jī)工作在開關(guān)磁阻模式。隨著定轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),定、轉(zhuǎn)子之間具有可變磁阻回路,磁通遵循磁阻最小原理形成閉合路徑。若在定轉(zhuǎn)子極中心線相接近的趨勢(shì)下，依次給各相通電,電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩；若在定轉(zhuǎn)子極中心線相離開的趨勢(shì)下，依次給各相通電，則電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。以A相繞組為例，當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)子極剛接觸A相電樞定子極時(shí)給A相繞組通電,所產(chǎn)生的磁通通過氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子極，再經(jīng)過轉(zhuǎn)子軛和定子軛形成閉合磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子極與A相電樞定子極接近時(shí)，在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)并趨向使轉(zhuǎn)子極與A相電樞定子極的中心線重合。當(dāng)這一過程結(jié)束時(shí)，適時(shí)切換導(dǎo)通相并完成相似的過程，這樣電機(jī)在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下就連續(xù)地朝某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明電機(jī)仍能夠通過開關(guān)磁阻模式繼續(xù)工作。